3D打印模塊化電子頸圈，有望降低畜牧業(yè)動(dòng)物遠(yuǎn)程監(jiān)控成本

早前，南極熊曾報(bào)道過來自以色列的一家公司研制出3D打印的可食用牛排，這種培植技術(shù)成熟后，有望取代傳統(tǒng)畜牧的屠宰模式，大幅度降低溫室氣體的排放。除了應(yīng)用到畜牧業(yè)中的肉類制作替代中，3D打印在動(dòng)物智能化養(yǎng)殖的流程中同樣展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。（【新提醒】以色列初創(chuàng)公司推出首款3D打印植物性牛排，可為150家餐廳供給食材-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺 (nanjixiong.com)）

△3D打印牛排

2022年1月28日，南極熊獲悉，薩拉戈薩大學(xué)、加州大學(xué)圣地亞哥分校和數(shù)據(jù)咨詢公司GeoSpatium實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種價(jià)格低廉的新型電子項(xiàng)圈，可以應(yīng)用到畜牧養(yǎng)殖業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)中，大大降低跟蹤動(dòng)物的成本。

工程師們利用3D打印技術(shù)，成功地創(chuàng)建了一套相互連接的模塊，其中包含了中繼遙測所需的天線電子元件，并將其連接到一個(gè)可穿戴的監(jiān)測項(xiàng)帶上。該團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)已被證明，即使在傳統(tǒng)的項(xiàng)圈的三倍重量情況下，也僅有其一半的厚度，而且生產(chǎn)成本更低，并可根據(jù)個(gè)別動(dòng)物的需求進(jìn)行定制。

研究人員在他們的論文中解釋說："我們提出了一種模塊化項(xiàng)圈，它將電子元件分布在幾個(gè)隔間中，相互連接，并由電池供電，可以無線充電。它的制造是基于3D打印，這有利于即時(shí)適應(yīng)和經(jīng)濟(jì)上的可負(fù)擔(dān)性。由于采用了以動(dòng)物為中心的設(shè)計(jì)過程，這個(gè)裝置大大改善了目前為養(yǎng)殖動(dòng)物提供的遙測裝置。"

△遙測項(xiàng)圈主要配件的示意圖。圖片來自Marta Siguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。

現(xiàn)代化養(yǎng)殖業(yè)中動(dòng)物的遠(yuǎn)程監(jiān)測

經(jīng)過幾十年的農(nóng)業(yè)工業(yè)化發(fā)展，大量的農(nóng)民現(xiàn)在已經(jīng)傾向使用遙測采集技術(shù)，目的是精確跟蹤農(nóng)場動(dòng)物的日常活動(dòng)。雖然這是從20世紀(jì)60年代相對初級的無線電遙測設(shè)備開始的，但由于現(xiàn)代GPS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力增強(qiáng)，動(dòng)物養(yǎng)殖戶們也逐漸開始采用。

特別是將加速度計(jì)、壓力傳感器和照相機(jī)等移動(dòng)技術(shù)整合到這些GPS項(xiàng)圈中，已經(jīng)顯示出巨大的應(yīng)用潛力。這些智能化配件可以用來追蹤大型哺乳動(dòng)物的遷移、覓食行為和棲息地的選擇。

然而，據(jù)研究人員稱，許多此類監(jiān)測設(shè)備的重量分布不均、制造成本和不靈活的設(shè)計(jì)，使它們難以在畜牧業(yè)中應(yīng)用。為了克服這些缺點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)說他們已經(jīng)想出了一個(gè)可定制的新式3D打印替代方案，并有可能促進(jìn)化學(xué)、行為學(xué)和動(dòng)物醫(yī)學(xué)方面的進(jìn)展。

△追蹤項(xiàng)圈及戴著項(xiàng)圈的各種農(nóng)場動(dòng)物。圖片來自Marta Siguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。

模塊化3D打印電子項(xiàng)圈介紹

這款智能電子項(xiàng)圈是工程師針對于農(nóng)場動(dòng)物追蹤所開發(fā)的裝置，它是由一系列電子配件組成，由可充電電池供電，并連接到一條項(xiàng)帶上。這些3D打印模塊中的每一個(gè)都有一個(gè)ABS蓋子和主體，后者的內(nèi)部設(shè)計(jì)有一定的弧度，可以定制，以適應(yīng)特定動(dòng)物的脖子周長。

當(dāng)談到20 x 30毫米模塊中的電子元件類型時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)決定制定兩個(gè)不同規(guī)格的項(xiàng)圈：一個(gè)用于小型動(dòng)物的密集跟蹤，一個(gè)用于大型哺乳動(dòng)物，但兩者都需要相同的微控制器、傳感器、GNSS模塊和電池來發(fā)揮作用。

將這些設(shè)計(jì)付諸實(shí)踐，研究人員最終建造了兩個(gè)獨(dú)立的原型，由七個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊中有四個(gè)含有電池。有趣的是，這兩個(gè)產(chǎn)品都有"掉落"安全系統(tǒng)，旨在當(dāng)動(dòng)物被困時(shí)項(xiàng)圈自動(dòng)打破發(fā)射信號，以及不同的鎖定機(jī)制，其中一個(gè)使用單針磁性系統(tǒng)，另一個(gè)是雙針的。

為了評估其裝置的功效，研究小組選擇將它們提交給一個(gè)獸醫(yī)專家小組，專家們發(fā)現(xiàn)，它們的設(shè)計(jì)能夠使重量均勻地分布在帶子上，使動(dòng)物佩戴起來很舒適，而雙針版本的裝置更加有效，因?yàn)樗�可以防止�?xiàng)圈折回。

同時(shí)，工程師們自己總結(jié)說，他們的設(shè)計(jì)過程將“動(dòng)物用戶“放在中心位置，這種方式使產(chǎn)生的設(shè)備在不影響載體行為的情況下收集準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)。該團(tuán)隊(duì)說，在未來，他們的電子頸圈背后的方法因此可以作為養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)新的啟動(dòng)器，特別是考慮到其改進(jìn)的經(jīng)濟(jì)可負(fù)擔(dān)性。

該團(tuán)隊(duì)在其論文中總結(jié)說：這項(xiàng)研究的結(jié)果對動(dòng)物遙測的設(shè)計(jì)者和制造商以及動(dòng)物和農(nóng)場部門的技術(shù)專家和專業(yè)人士都很有意義，因?yàn)樗麄兺ㄟ^設(shè)備本身的設(shè)計(jì)和用于實(shí)現(xiàn)的方法學(xué)論，對動(dòng)物監(jiān)測的知識也有著一定貢獻(xiàn)。

△3D打印的項(xiàng)圈模塊的蓋子和底座模塊；項(xiàng)圈模塊的平面（a）和弧形（b）原型。圖片來自MartaSiguín, Teresa Blanco, Federico Rossano和Roberto Casas。

3D打印在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

也許3D打印的應(yīng)用顯得并不是很高調(diào)，但實(shí)際上近年來它們已經(jīng)被世界各地的農(nóng)場主廣泛使用，以克服各種不同的農(nóng)業(yè)和種植相關(guān)的障礙。早在2019年，諾�？丝さ霓r(nóng)民Jonny Leech使用3D打印技術(shù)建立了一個(gè)玉米種子計(jì)量系統(tǒng)，有效地提高了他的作物性能的一致性，特別是他的玉米產(chǎn)量。

最近，工程公司Scheurer Swiss GmbH與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的學(xué)生合作，幫助他們開發(fā) "Rowesys "機(jī)器人除草系統(tǒng)。這個(gè)緊湊的除草機(jī)器人采用了幾個(gè)碳纖維強(qiáng)化的性能增強(qiáng)部件，旨在作為農(nóng)業(yè)耕作中使用除草劑的生態(tài)友好型替代品。

同時(shí)，在英國拉夫堡大學(xué)，研究人員已經(jīng)想出了一種將聚合物廢料轉(zhuǎn)化為低成本農(nóng)業(yè)工具的方法。作為其 "循環(huán)塑料項(xiàng)目 "的一部分，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一系列裝置，從水果采摘器到養(yǎng)魚系統(tǒng)，都是為了在發(fā)展中國家使用，它們可以幫助促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)并減少垃圾的堆積。

研究人員的發(fā)現(xiàn)在他們題為 "Modular E-Collar forAnimal Telemetry: An Animal-Centered Design Proposal"的論文中作了詳細(xì)介紹。該論文由Marta Siguín、Teresa Blanco、Federico Rossano和Roberto Casas共同撰寫。

相關(guān)論文鏈接：https://www.mdpi.com/1424-8220/22/1/300/htm